基于GIS的济源市耕地质量等别更新评价

史原轲， 李 玲

(1.济源市国土资源执法监察大队，河南 济源，459000； 2.河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002)

基于GIS的济源市耕地质量等别更新评价

史原轲1， 李 玲2

(1.济源市国土资源执法监察大队，河南 济源，459000； 2.河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002)

基于济源市2013年耕地质量成果和2013、2014年土地利用现状数据，利用ArcGIS的空间叠加分析方法实现耕地变化图斑的提取，并采用因素法对耕地质量等别进行更新评价，从而掌握济源市2014年度耕地增减变化及耕地质量建设引起的耕地质量等别变化情况。实践表明，ArcGIS的空间叠加分析法，提高了耕地质量等别更新评价的工作效率和数据准确度，为及时获取耕地质量信息提供了一种便捷的方法。

GIS；耕地质量等别；更新评价；济源市

随着国家工业化、城镇化的快速发展，建设占用、灾害损毁、农业结构调整、生态退耕、补充开发、土地整治等活动使耕地的数量、质量、权属状况经常发生变化，通过年度土地变更调查，只能掌握耕地数量、权属的变化状况[1]，却不能掌握耕地的质量情况。因此开展耕地质量等别年度更新评价工作，可以及时掌握年度内耕地质量等别变化，从而保持耕地质量等别数据的实时性。国内外有关土地评价方面的研究较多，国外研究主要注重耕地适宜性评价[2-3]，国内研究形成了3大体系：以编图制图规范为标志的土地资源分类体系《中国1∶100万土地资源图》[4]；农业部颁布的耕地地力等级体系《全国耕地类型区，耕地地力等级划分》[5]；国土资源部颁布的农用地分等定级估价体系《农用地质量分等规程(GBT 28407—2012)》[6]。纵观国内外土地评价研究，土地评价系统和理论在不断完善。20世纪80年代以来，随着计算机在资源调查与评价中的广泛应用，土地评价的方法和技术手段不断更新和完善，土地评价向着综合化、精确化的方向发展[7]。近年来，模型方法在土地评价中的运用，土地资源信息系统的建立与发展，使土地评价更加科学化[7]。现阶段，国内对于耕地质量等别更新评价主要参照《农用地质量分等规程》[6]的评价体系，随着GIS技术的不断更新发展，MapGis技术已经不能快捷地满足土地评价工作的需要。本研究选择济源市作为研究对象，依据《农用地质量分等规程》[6]，参考《河南省耕地质量等别年度更新评价技术手册》[1]，充分调查、收集相关资料，探索ArcGIS技术在耕地质量等别更新评价中的运用，并结合因素法，对济源市耕地质量等别更新评价进行了研究，以期对济源市的土地管理、耕地保护等工作有一定指导作用，对其他市县的耕地质量等别更新评价工作也会起到一定借鉴意义。

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

济源市位于河南省西北部，邻接山西省晋城市，地处北纬34°54′～ 35°17′,东经112°02′～ 113°45′之间，土地总面积1 898.71 km2。地形北高南低，北部为太行山，西部西南部山势低缓，南部为黄土丘陵，中东部为山前倾斜平原。地处暖温带季风气候区，四季分明，气候温和，光、热、水资源丰富。境内土壤有褐土、潮土、棕壤、水稻土4个土类，10个亚类，25个土属，67个土种。土壤多数地方土层深厚，质地适中，可耕性良好。

1.2 数据来源

2013年耕地质量数据，2013、2014年土地利用变更数据和2014年实施的土地整治项目相关数据主要从济源市国土资源部门收集，本年度内不存在农业综合开发和农田水利项目。

2 济源市耕地质量等别年度更新评价技术路线

按照文献[6]规定的技术方法，参考《河南省耕地质量等别年度更新评价技术手册》，结合济源市实际，制定本次耕地质量等别年度更新评价技术路线(图1)。

3 济源市耕地质量等别年度更新评价技术方法

本次研究的内容是济源市2014年度(2014-01-01—2014-12-31)耕地质量等别年度更新评价，主要以2014年土地现状变更调查数据库为基础，依据2013年土地现状变更调查数据库、2013年度耕地质量等别成果和土地整治项目资料，运用GIS的空间叠加分析技术，提取耕地变化图斑生成评价单元，并对评价单元进行属性赋值得到基础数据。在此基础上，结合济源市农用地质量分等工作中确定的相关参数、分等因素及其权重等，采用因素法，确定评价单元指定作物的自然质量分、光温(气候)生产潜力指数、产量比系数，计算耕地自然质量等指数。确定土地利用系数和经济系数，计算耕地利用等指数和经济等指数。采用等间距法和省等指数与国家等指数平衡转换公式，划分耕地自然质量等别、利用等别和经济等别，并按照相关标准要求，更新为2014年耕地质量等别数据库。

3.1 空间叠加分析法

制作工作底图是所有工作开展的基础，必须正确提取耕地变化图斑，确保工作底图的数据完整及准确。根据济源市已有的相关资料，采用空间叠加分析法进行2014年度耕地变化图斑提取。

3.1.1 获取减少耕地图斑 将2013年耕地质量分等数据库中的耕地分等单元图层与2014年土地利用现状数据库中的非耕地图层进行空间叠加分析，减少的图斑即为减少耕地图斑。

3.1.2 获取增加耕地图斑 将2013年土地利用现状数据库中的非耕地图层与2014年土地利用现状数据库中的耕地图层进行空间叠加分析，变化的图斑即为增加耕地图斑。

3.1.3 获取质量建设耕地图斑 由于2014年度不存在农业综合开发、农田水利建设项目，只收集了2014年验收的土地整治项目资料。将项目区范围与2014年土地利用现状数据库中的地类图斑图层进行空间叠加分析，提取项目区内及与之相交的耕地图斑作为质量建设耕地图斑[1,8]。在提取相交关系的耕地图斑时，不打破土地利用地类图斑，即土地利用地类图斑超过50%的区域位于项目区内的，就将整个图斑选入项目区；土地利用地类图斑不足50%位于项目区，则不选该图斑[1]。对于土地利用地类图斑未被更新的，只选择项目区范围内的耕地图斑[1]。

3.1.4 制作年度更新评价单元 将减少耕地图斑、新增耕地图斑和质量建设耕地图斑进行空间叠加，生成年度更新评价单元。当减少耕地图斑、新增耕地图斑和质量建设耕地图斑有重叠时，如果相交重叠，相交重叠的部分应归属于对应的新增耕地图斑或减少耕地图斑，如果完全重叠，删除质量建设耕地图斑，保留新增耕地图斑或减少耕地图斑[1]。

图1 耕地质量等别年度更新评价技术路线图Fig.1 Scheme of update evaluation for cultivated land quality grade

3.1.5 获取更新评价单元属性信息 将年度更新评价单元与2013年耕地质量等别成果图进行空间叠加分析，对于整个评价单元，获取部分耕地分等因素属性信息；对于减少耕地图斑，获取之前耕地质量等别信息，对于新增耕地图斑和质量建设耕地图斑，依据土地整治项目资料，耕地地力调查、土壤肥力调查和测土配方调查成果，采用外业补充调查、邻近地块对比分析等方法补充耕地分等因素属性信息。

3.2 因素法

对于未开展耕地质量评价的新增耕地和质量建设耕地，按照《农用地质量分等规程》[6]，根据耕地的标准耕作制度分区、生产潜力指数、产量比系数、利用系数、经济系数以及有效土层厚度、表层土壤质地、土壤有机质含量、地形坡度等评价因素，借助GIS、SPASS软件，对评价因子进行定量分析，确定评价单元的耕地自然等、利用等和经济等。

3.2.1 确定分等参数 采用因素法评价耕地质量等别，需要划分分等别因素指标区，指标区是指依据主导因素原则和区域差异原则划分的分等因素体系一致的区域[6]。根据河南省地貌分布格局和分等因素体系一致的原则，在国家二级分区的基础上，将河南省划分为9个分等因素指标区，并确定了全省各指标区的标准耕作制度、基准作物、指定作物及指定作物产量比系数[1]。济源市本次气候生产潜力指数和光温生产潜力指数采用河南省国土资源厅统一下发的数据，将数据矢量化后与更新图层叠加分析获取地块的生产潜力指数，土地利用系数和经济系数直接采用土地利用系数等值区和经济系数等值区的系数值，其他分等参数见表1。

表1 济源市耕地分等相关参数Table 1 Relevant parameters of cultivated land grade in Jiyuan City

3.2.2 确定分等因素体系 耕地质量等别更新评价是建立在对评价因素分析的基础上的，评价因素及权重确定是否科学、合理，直接影响到评价结果。为了保证与之前分等成果的相互衔接性，河南省各指标区的分等因素体系及权重均与原分等一致[1]。济源市分等因素体系及权重见表2。

3.2.3 评价耕地质量等别，生成耕地质量等别年度更新数据包 根据耕地质量等别年度更新评价单元的自然属性，分指定作物，结合分等因素体系，分别读取分等因素指标分值，计算评价单元耕地自然质量分、自然质量等指数、利用等指数、经济等指数。按照公式：国家级自然等指数=省级自然等指数×1.036+878；国家级利用等指数=省级利用等指数×0.598+536；国家级经济等指数=省级经济等指数×0.786+652.8，转换为国家自然质量等指数、利用等指数、经济等指数[6]。按400分的等间距划分确定国家级自然等，200分的等间距划分确定国家级利用等、经济等[6]。利用GIS软件的空间分析功能，将等别评价结果与评价单元进行关联，生成耕地质量等别年度更新数据包。同时用更新包更新2013年度耕地质量等别评价数据库，形成济源市2014年耕地质量更新评价成果。

4 济源市耕地现状、质量和产能变化分析

4.1 减少耕地情况分析

2014年，济源市耕地减少约为161.66 hm2，共计449个图斑，减少耕地主要被建设占用。根据减少耕地的分布图(图2)可以看出，减少的耕地主要集中在东部平原区，而中心城区呈现向东、向南的扩展趋势，导致大量高等别耕地减少。从表3可以看出，减少耕地在国家自然等上为6、9等，6等地减少160.36 hm2，占总减少面积的99%；在国家利用等为7、8、10等，7等地减少133.99 hm2；在国家经济等为6、7、9等，6等地减少133.99 hm2。

表2 济源市耕地分等因素类型及权重表Table 2 Factor and weight of cultivated land grade in Jiyuan City

4.2 新增耕地情况分析

表3 减少耕地国家级等别评价结果表Table 3 National level of reduced cultivated land hm2

图2 2014年济源市减少耕地分布图Fig.2 The distribution map of reduced cultivated land in Jiyuan City

图3 2014年济源市新增耕地分布图Fig.3 The distribution map of increased cultivated land in Jiyuan City

表4 新增耕地国家级等别评价结果表Table 4 National level of increased cultivated land hm2

2014年，济源市新增耕地约为69.13 hm2，共计27个图斑，从增加耕地的分布图(图3)可以看出，增加耕地主要分布在南部和东部。从表4可以看出，新增耕地在国家自然等、经济等为8等，在国家利用等主要为8等，新增耕地主要为中等别耕地，增加的途径主要为土地整治增加。

4.3 质量建设耕地情况分析

2014年，济源市质量建设耕地约为254.29 hm2，共计192个图斑。根据质量建设耕地的分布图(图4)可以看出，质量建设耕地主要分布在西南部。通过土地整治，改善了耕地的灌溉保证率、有机质含量、等分等因素和利用率。从图5可以看出，耕地国家自然等、经济等均有提高，国家利用等未发生变化，但利用等指数有较大幅度提升。

4.4 产能变化情况分析

根据耕地质量更新评价成果，结合济源市的平均产能情况，计算2014年耕地产能减少了0.1万t。从表5可以看出，减少耕地约161.66 hm2，减少产能约0.2万t；增加耕地约69.13 hm2，增加产能约0.08万t；质量建设耕地约254.29 hm2，增加产能约0.03万t。因此，产能减少的主要原因是年度内耕地面积减少了92.53 hm2，减少面积较大，并且减少高等别耕地所占比重较大。

图4 2014年济源市质量建设耕地分布图Fig.4 The distribution map of constructive cultivated land in Jiyuan City

图5 2014年质量建设耕地建设前后国家级等别对比分布Fig.5 The comparison of constructive cultivated land quality at national level

表5 2013和2014年耕地产能变化统计表Table 5 The capacity change of cultivated land

5 结论

本研究基于多源基础数据，并结合ArcGIS软件强大的空间叠加分析功能，构建了济源市耕地质量等别更新评价技术体系，完成了济源市2014年度耕地质量等别更新评价工作。通过耕地质量更新评价，可以准确地掌握区域内因土地整治、建设占用、农业结构调整等引起的耕地数量、质量以及空间分布等变化情况，为加强土地管理、实施耕地保护等提供数据及技术支撑。ArcGIS技术的运用，较好地完成了该项工作的核心内容——耕地变化图斑的提取和分析，并能很好地进行点属性关联面和面属性关联点，方便快捷地获取有关属性信息，从而进一步提高了耕地质量等别更新评价的工作效率。随着GIS技术的进一步发展，必将带来耕地质量等别更新评价技术手段的不断创新，不断提高耕地质量等别评定的科学性。

[1] 河南省国土资源厅.河南省耕地质量等别年度更新评价技术手册[S].2014.

[2] GONZALEZ X P, MAREV M F,ALVAREZ C J. Evaluation of productive rural land patterns with joint regard to the size, shape and dispersion of plots[J].Agricultural system,2007,92(1)：52-62.

[3] 房阿曼，陈伟强，程道全，等.基于粮食产量等级的耕地地力评价尺度效应分析[J].河南农业大学学报，2015，49(1):112-116.

[4] 黄兆良.中国1∶100万土地资源图[J].地球科学进展，1992，7(5):78.

[5] 农业部.全国耕地类型区，耕地地力等级划分，NY/T309—1996[S].北京：中国标准出版社，1996.

[6] 国土资源部.农用地质量分等规程，GB/T28407—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[7] 傅伯杰.土地评价研究的回顾与展望[J].自然资源，1990，12(3):1-7.

[8] 吴祥福，史学军，杨志强.浙江省县级耕地质量等级更新与完善[J].浙江农业科学，2014(11):1753-1756.

UpdateevaluationofcultivatedlandqualitybasedonGISinJiyuanCity

SHI Yuanke1， LI Ling2

(1.Law Enforcement and Supervision of Land Resources of Jiyuan City, Jiyuan 459000, China； 2.College of Resources and Environment ,Hennan Agriculture University, Zhengzhou 450002,China)

Base on the quality of cultivated land of Jiyuan city in 2013 and the land use status in 2013 and 2014, the changes of cultivated land were specified by spatial analysis method of GIS. The quality of cultivated land was re-evaluated using factor method. The changes of quantity and quality levels of cultivated land in 2014 was also re-evaluated. The results showed that spatial analysis method of GIS could improve the efficiency and data accuracy of updating evaluation for cultivated land quality. It provides a convenient method for cultivated land quality acquisition.

GIS; quality of cultivated land; updating evaluation; Jiyuan City

2017-04-13

国家自然科学基金项目(U1504707)；教育部人文社会科学研究青年基金项目(14YCZH004)；河南省高校科技创新人才支持计划(人文社科类)资助成果(2017-cx-028)

史原轲(1980-)，女，河南南阳人，硕士，主要从事土地资源评价与规划方面的研究。

李 玲(1973-)，女，河南息县人，教授，博士。

1000-2340(2017)06-0860-07

F323.24

A

朱秀英)